Aspectos de la nueva física aplicada a la materia bariónica

Tremendamente interesante me ha parecido este artículo de Scientific American que abunda en el descubrimiento de una partícula bariónica con cuatro veces la masa de un protón, que comenté recientemente. El hecho de que se descubran partículas teóricas que, se suponía, deberían poder existir, es un hecho de una importancia capital para entender los aspectos más detallados y la estructura de la materia y la energía. Poder explorar nuevas partículas abre un campo de posibilidades inmenso.

Pero vamos a ver y a resumir el contenido de este artículo, indicando brevemente sus características:

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Un protón, donde se tienen en cuenta las interacciones de las partículas virtuales

 

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Una nueva y encantadora partícula

Estos días se está hablando en la prensa especializada del descubrimiento de una partícula “encantadora” (charming, en inglés). El uso de este adjetivo no es casual, ya que dos de sus partículas que la componen son de tipo “charm”, que en español significa “encanto”. ¿Por qué se llama así? Bueno, porque había que ponerle un nombre, y los físicos teóricos también tienen sentido del humor, incluso he conocido a alguno que sonrió una vez. Es broma; lo hizo dos veces.

Esta partícula no es elemental. Como todos los bariones, está compuesta de quarks. Bariones muy conocidos son el protón y el neutrón, que están formados por combinaciones de dos quarks “up” y un quark “down” o viceversa. La gracia de esta nueva partícula es que está formada por dos quarks más pesados, de tipo “charm” y un quark de tipo “arriba”, conformando una partícula que tiene una masa cuatro veces la de un protón. Estas partículas se han descubierto en el CERN de Ginebra, y su sigma es ya lo suficientemente alto como para dar por confirmados los datos. El “sigma” es un valor que se usa en cálculos estadísticos y de probabilidad para determinar la veracidad de una información. En general, un sigma 5 o superior indicará la seguridad del descubrimiento. Aquí se ha excedido claramente ya ese valor.

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Nueva partícula en el zoo de partículas de la Teoría Estándar

La partícula recibe el nombre mnemotécnico de Xi-cc++, aunque alguien pronto le pondrá un nombre encantador. ¿Qué tiene de especial esta partícula? Varias cosas:

  • Permite confirmar que la Teoría Estándar, que explica la física de partículas actual, y que predecía la partícula, es correcta.
  • Permitirá ir más lejos en el desarrollo de la cromodinámica cuántica, que es la rama de la física que estudia la interacción de las partículas a través de la fuerza nuclear fuerte.
  • Presenta una estructura muy diferente al de otros bariones, ya que los dos quarks pesados actúan sobre el quark ligero de un modo bastante diferente al de otros bariones, y ello permitirá por lo tanto explorar y conocer mejor la física implicada en las interacciones entre quarks a través del gluón, que es la partícula propia de la interacción fuerte.

Aunque sabemos que la Teoría Estándar no es una teoría final, al no contemplar la gravedad en su modelo (y recordemos, la gravedad no es una fuerza, aunque se puede considerar así en física clásica newtoniana), este tipo de descubrimientos afianzan la confianza de los físicos en el modelo actual, y recordemos una máxima de la ciencia: cualquier teoría debe ser puesta a prueba a través de los nuevos descubrimientos; o bien la teoría se confirma y se mejora, o bien no lo hace, y hay que buscar una nueva teoría más exacta y precisa.

Esto no invalida la anterior teoría, pero la nueva tiene un ámbito mayor. Esto ocurrió con la relatividad general; no invalidó la física de Newton, solo la hizo competente dentro de su ámbito, siendo el ámbito de actuación de la relatividad general mayor. Pero, para muchas cosas, como por ejemplo para solucionar los problemas de mecánica celeste y movimiento de satélites y sondas, la física clásica de Newton es suficiente. Luego, ninguna teoría es buena del todo o mala del todo; depende de su marco de actuación y referencia.

Estos datos del LHC son de hace tiempo; la generación de datos del LHC es enorme, y los físicos necesitan tiempo para analizar esos datos. Por eso llevan un retraso lógico y normal. Los datos de este año se empezarán a estudiar pronto, y recordemos que se han usado energías muy superiores, por lo que nos esperan, con un poco de suerte, interesantes sorpresas. Esperamos verlo pronto.

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Bariones típicos a la izquierda y centro; la nueva partícula a la derecha

Incoherencia de resultados en un átomo muón

Si hay algo que tiene la física experimental es su capacidad de romper moldes, teorías, y modelos físico-matemáticos. Algunos opinan que eso es un fallo de la ciencia, otros opinamos que la constante corrección que la ciencia hace de sí misma es su gran ventaja frente a otras explicaciones sobre el origen y estructura del universo.

Esto es lo que ha pasado cuando un grupo de físicos ha reemplazado un electrón en órbita sobre un núcleo de hidrógeno, y luego de deuterio, por un muón. El muón es una partícula perteneciente al grupo de los leptones, como el electrón, pero con una masa muy superior, cercana a la de un protón. La vida media de un muón es de 2,2 milisegundos, antes de decaer. Pero en ese tiempo se puede colocar en órbita sobre un núcleo para medir las propiedades de ese inusual átomo, formado por un protón y un muón.

Según la Teoría Estándar y la cromodinámica cuántica, que explica la fuerza nuclear fuerte de los átomos, el radio de un átomo formado por un muón en órbita debería coincidir con el de un electrón, ya que al fin y al cabo son partículas equivalentes. Sin embargo, con un sigma 5 e incluso sigma 7, se ha visto claramente que ese radio es menor. ¿Por qué? No se sabe, pero es evidente que algo falla.

Los muones tienes que ser acelerados a velocidades relativistas, y eso evidentemente modifica su masa, pero luego son decelerados mediante un láser, con lo que al acoplarse al núcleo del átomo, su velocidad deja de sufrir los efectos relativistas de aumento de masa.

Todo esto parece ser un hecho comprobado y verificado. Y es por ello que los físicos teóricos, por si pocos problemas tenían, se deben ahora poner a trabajar en este fenómeno de momento inexplicable con las teorías actuales. Como siempre, este puede ser un increíble hilo del que tirar, y viajar hacia teorías nuevas más sofisticadas que expliquen la naturaleza del universo. Simplemente apasionante.

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